JP2019157830A - 蓄熱システム - Google Patents
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Abstract
Description
(1)車両の熱源で生じた排熱の熱エネルギを、熱媒体を介して、該車両内の活用先で使用するにあたり、相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱またはその放熱を行う潜熱蓄熱材を、収容本体部に収容可能な態様で、該収容本体部に該熱媒体を流通させ、区画部材を介して、該熱媒体と該潜熱蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換手段であり、該収容本体部に該熱媒体を流す入力側流路と、該収容本体部から流出した熱交換後の該熱媒体を該活用先へ流す出力側流路と、を有する蓄熱装置を、該車両に搭載してなる蓄熱システムにおいて、前記潜熱蓄熱材は、n(2≦n)個の水和水を含有する無機塩水和物を、少なくとも一種含む蓄熱材であり、前記蓄熱装置には、前記潜熱蓄熱材の物性を調整する添加剤を配合してなる潜熱蓄熱材組成物が用いられていること、前記添加剤は、第1の添加剤として、前記潜熱蓄熱材の融点を調整する融点調整剤であり、前記潜熱蓄熱材との溶解で、負の溶解熱を発生する物性を有する物質のうち、少なくとも糖アルコール類に属する物質を含んでおり、前記潜熱蓄熱材組成物の融液は、前記潜熱蓄熱材に含む前記水和水と、前記融点調整剤に含む糖アルコールとの溶解により、前記潜熱蓄熱材と前記融点調整剤とを混合してなること、前記入力側流路と前記出力側流路とが、前記区画部材として、1以上のパイプを巻回してなる連結管により、連通されていること、前記連結管は、前記収容本体部に包含された態様で配設され、前記潜熱蓄熱材組成物は、前記連結管周りに密着した状態で、前記収容本体部に収容されていること、を特徴とする。
(2)車両の熱源で生じた排熱の熱エネルギを、熱媒体を介して、該車両内の活用先で使用するにあたり、相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱またはその放熱を行う潜熱蓄熱材を、収容本体部に収容可能な態様で、該収容本体部に該熱媒体を流通させ、区画部材を介して、該熱媒体と該潜熱蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換手段であり、該収容本体部に該熱媒体を流す入力側流路と、該収容本体部から流出した熱交換後の該熱媒体を該活用先へ流す出力側流路と、を有する蓄熱装置を、該車両に搭載してなる蓄熱システムにおいて、前記潜熱蓄熱材は、n(2≦n)個の水和水を含有する無機塩水和物を、少なくとも一種含む蓄熱材であり、前記蓄熱装置には、前記潜熱蓄熱材の物性を調整する添加剤を配合してなる潜熱蓄熱材組成物が用いられていること、前記添加剤は、第1の添加剤として、前記潜熱蓄熱材の融点を調整する融点調整剤であり、前記潜熱蓄熱材との溶解で、負の溶解熱を発生する物性を有する物質のうち、少なくとも糖アルコール類に属する物質を含んでおり、前記潜熱蓄熱材組成物の融液は、前記潜熱蓄熱材に含む前記水和水と、前記融点調整剤に含む糖アルコールとの溶解により、前記潜熱蓄熱材と前記融点調整剤とを混合してなること、前記入力側流路と前記出力側流路とが、前記収容本体部を介して、連通していること、前記潜熱蓄熱材組成物は、前記区画部材として、密閉可能な蓄熱材収容具に充填されており、前記収容本体部には、前記熱媒体が貯められ、前記潜熱蓄熱材組成物を充填した前記蓄熱材収容具が、前記熱媒体に浸漬した状態で配設されていること、を特徴とする。
(4)(1)乃至(3)のいずれか1つに記載する蓄熱システムにおいて、前記潜熱蓄熱材の前記水和水の数は、12以上であり、前記潜熱蓄熱材組成物全体に占める前記糖アルコールに属する物質の配合比率は、前記潜熱蓄熱材1molあたり、1.59〜5.57molの範囲内であること、を特徴とする。
(5)(1)乃至(4)のいずれか1つに記載する蓄熱システムにおいて、前記熱交換手段では、少なくとも前記収容本体部は、内外で熱を遮断可能な断熱構造で構成されていること、を特徴とする。
(6)(1)乃至(5)のいずれか1つに記載する蓄熱システムにおいて、液体が前記収容本体部の中に流入するのを遮断すると共に、前記潜熱蓄熱材組成物の構成成分が前記収容本体部の外へ流出するのを遮断する一方で、気体が前記収容本体部の内外に出入りするのを許容する圧力制御弁を、備えていること、を特徴とする。
(7)(6)に記載する蓄熱システムにおいて、前記圧力制御弁は、前記収容本体部または、前記区画部材として、前記潜熱蓄熱材組成物を密閉状態で収容可能な蓄熱材収容具の少なくとも何れかに設けられていること、を特徴とする。
(9)(1)に記載する蓄熱システムにおいて、少なくとも前記収容本体部の内面と前記連結管の外周面は、前記潜熱蓄熱材組成物の接触に伴う腐食を防ぐ耐腐食部となっていること、を特徴とする。
(10)(9)に記載する蓄熱システムにおいて、前記耐腐食部は、樹脂、ガラス、またはセラミックスのいずれかの材料により構成されていること、を特徴とする。
(11)(1)に記載する蓄熱システムにおいて、前記潜熱蓄熱材組成物は、前記収容本体部内に空隙部を設けた状態で、収容されており、前記潜熱蓄熱材組成物と前記空隙部との間には、前記潜熱蓄熱材組成物の構成成分の拡散を防ぐ遮断膜が、形成されていること、を特徴とする。
(12)(6)に記載する蓄熱システムにおいて、前記圧力制御弁は、前記区画部材として、前記潜熱蓄熱材組成物を密閉状態で収容可能な蓄熱材収容具に設けられていること、前記熱媒体は、前記収容本体部内に空隙部を設けた状態で貯められ、前記潜熱蓄熱材組成物を充填した前記蓄熱材収容具は、前記圧力制御弁を前記空隙部に直に晒した状態で、前記熱媒体に浸漬されていること、前記圧力制御弁を挟み、前記潜熱蓄熱材組成物と前記空隙部との間には、前記潜熱蓄熱材組成物の構成成分の拡散を防ぐ遮断膜が、形成されていること、を特徴とする。
(1)車両の熱源で生じた排熱の熱エネルギを、熱媒体を介して、該車両内の活用先で使用するにあたり、相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱またはその放熱を行う潜熱蓄熱材を、収容本体部に収容可能な態様で、該収容本体部に該熱媒体を流通させ、区画部材を介して、該熱媒体と該潜熱蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換手段であり、該収容本体部に該熱媒体を流す入力側流路と、該収容本体部から流出した熱交換後の該熱媒体を該活用先へ流す出力側流路と、を有する蓄熱装置を、該車両に搭載してなる蓄熱システムにおいて、潜熱蓄熱材は、n(2≦n)個の水和水を含有する無機塩水和物を、少なくとも一種含む蓄熱材であり、蓄熱装置には、潜熱蓄熱材の物性を調整する添加剤を配合してなる潜熱蓄熱材組成物が用いられていること、添加剤は、第1の添加剤として、潜熱蓄熱材の融点を調整する融点調整剤であり、潜熱蓄熱材との溶解で、負の溶解熱を発生する物性を有する物質のうち、少なくとも糖アルコール類に属する物質を含んでおり、潜熱蓄熱材組成物の融液は、潜熱蓄熱材に含む水和水と、融点調整剤に含む糖アルコールとの溶解により、潜熱蓄熱材と融点調整剤とを混合してなること、入力側流路と出力側流路とが、区画部材として、1以上のパイプを巻回してなる連結管により、連通されていること、連結管は、収容本体部に包含された態様で配設され、潜熱蓄熱材組成物は、連結管周りに密着した状態で、収容本体部に収容されていること、を特徴とする。
以下、本発明に係る蓄熱システムについて、実施形態1,2を図面に基づいて詳細に説明する。本発明に係る蓄熱システムは、車両の熱源で生じた排熱の熱エネルギを、熱媒体を介して、この車両内の活用先で使用する目的で、車両に搭載されるシステムである。本発明に係る蓄熱システムについて、本実施形態1,2では、例えば、エンジンとモータとの併用で駆動するハイブリッドカー、エンジンだけで駆動する自動車をはじめ、主としてエンジン付きの自動車や気動車等の車両に搭載する場合を挙げて、説明する。
次に、蓄熱装置10の構成について、説明する。図3は、実施形態1の実施例に係る蓄熱システムの蓄熱装置の要部を模式的に示す図である。図1及び図3に示すように、蓄熱装置10は、内部空間21に潜熱蓄熱材組成物80を収容可能な収容本体部20と、熱源2から供給される熱交換前の熱媒体4a(熱媒体4)を、収容本体部20に流入する入力側流路11と、収容本体部20から流出した熱交換後の熱媒体4b(熱媒体4)を活用先3へ流出させる出力側流路12等を備える。入力側流路11と出力側流路12とは、区画部材として、本実施形態1では、2つのパイプ(1以上のパイプ)を巻回してなる連結管40により、連通されている。
図8は、実施例の変形例1に係る蓄熱装置で、2つのパイプを並列配管した場合の熱媒体の流路を示す模式図である。変形例1に係る蓄熱装置10Aでは、図8に示すように、外側に巻かれた第1パイプ41と、その内側に巻かれた第2パイプ42とが、入力側流路11上の第1接続部45で分流すると共に、出力側流路12上の第2接続部46で合流する態様により、並列に配管されている。入力側流路11から供給される熱交換前の熱媒体4a(熱媒体4)が、第1パイプ41と第2パイプ42に流入すると、熱媒体4は、第1パイプ41と第2パイプ42を、互いに逆流する方向に流れ、収容本体部20の底部で折返すと、第1パイプ41と第2パイプ42の双方とも、第2接続部46に向けて同方向に流れる。第2接続部46で合流した熱交換後の熱媒体4bは、活用先3へ流れる。
図9は、実施例の変形例2に係る蓄熱装置で、2つのパイプを直列配管した場合の熱媒体の流路を示す模式図である。変形例2に係る蓄熱装置10Bでは、図9に示すように、外側に巻かれた第1パイプ41と、その内側に巻かれた第2パイプ42とが、収容本体部20の底部で折返す位置にある第3接続部47で、直列に連結して配管されている。入力側流路11から供給される熱交換前の熱媒体4a(熱媒体4)が、第1パイプ41に流入すると、熱媒体4は、第1パイプ41を通じて第3接続部47に流れる。この熱媒体4は、第3接続部47を経て、第2パイプ42から出力側流路12に向けた一方向の流通で、熱交換後の熱媒体4bとして、出力側流路12を通じて活用先3に流れる。
次に、実施形態2に係る蓄熱システム101について、説明する。図10は、実施形態2の実施例に係る蓄熱システムの蓄熱装置の要部を模式的に示す図である。
蓄熱装置110の構成について、説明する。図1及び図10に示すように、蓄熱装置110(熱交換手段105)は、内部空間121を有する収容本体部120と、熱源2から供給される熱交換前の熱媒体4a(熱媒体4)を、収容本体部120に流入する入力側流路11と、収容本体部120から流出した熱交換後の熱媒体4b(熱媒体4)を活用先3へ流出させる出力側流路12等を備える。入力側流路11と出力側流路12とは、収容本体部120を介して、連通している。入力側流路11と出力側流路12には、熱媒体4の流路を開閉可能な開閉弁171,172が、配管されている。また、圧力制御弁160が、内部空間121とその外部に連通した収容本体部120の開口122に配設されている。圧力制御弁160は、収容本体部120の開口122を閉塞する弁体部161と、保持した弁体部161を収容本体部120に固定するキャップ162からなる。
図11は、実施形態2の変形例に係る蓄熱システムの蓄熱装置の要部を模式的に示す図である。蓄熱装置210(熱交換手段205)は、収容本体部120の内部空間121とその外部との間で熱を遮断可能な断熱構造で構成された断熱構造部125を有している。潜熱蓄熱材組成物80は、区画部材として、密閉状態で収容可能な蓄熱材収容具240に充填されている。この蓄熱材収容具240は、本変形例では、潜熱蓄熱材組成物80を収容する本体部の外形を、例えば、図11に示すように、潜熱蓄熱材組成物80の充填率をより大きくできる細長の円筒形状や、略直方体形状等、熱媒体4との接触面積をより大きく取ることができる形状に形成されている。この本体部の上部に取り付けられたキャップは、本実施形態1で説明した圧力制御弁60と同じ構造の圧力制御弁260を備えている。
(5)本発明の蓄熱システムに太陽熱集熱器を設け、入力側流路の管、出力側流路の管、連結管等、熱媒体を流通させる管路に、太陽熱集熱器が接続されていても良い。
2 熱源
3 活用先
4 熱媒体
4b 熱交換後の熱媒体
5,105,205 熱交換手段
10,110,210 蓄熱装置
11 入力側流路
12 出力側流路
20,120 収容本体部
20a 収容本体部の内面
40 連結管(区画部材)
40a 連結管の外周面
41 第1パイプ(パイプ)
42 第2パイプ(パイプ)
60,160,260 圧力制御弁
61,161 弁体部
80 潜熱蓄熱材組成物
81 潜熱蓄熱材
83 添加剤
83A 融点調整剤
83B 増粘剤
91,191 空隙部
92,292 遮断膜
140,240 蓄熱材収容具(区画部材)
S 車両
Claims (12)
- 車両の熱源で生じた排熱の熱エネルギを、熱媒体を介して、該車両内の活用先で使用するにあたり、相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱またはその放熱を行う潜熱蓄熱材を、収容本体部に収容可能な態様で、該収容本体部に該熱媒体を流通させ、区画部材を介して、該熱媒体と該潜熱蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換手段であり、該収容本体部に該熱媒体を流す入力側流路と、該収容本体部から流出した熱交換後の該熱媒体を該活用先へ流す出力側流路と、を有する蓄熱装置を、該車両に搭載してなる蓄熱システムにおいて、
前記潜熱蓄熱材は、n(2≦n)個の水和水を含有する無機塩水和物を、少なくとも一種含む蓄熱材であり、前記蓄熱装置には、前記潜熱蓄熱材の物性を調整する添加剤を配合してなる潜熱蓄熱材組成物が用いられていること、
前記添加剤は、第1の添加剤として、前記潜熱蓄熱材の融点を調整する融点調整剤であり、前記潜熱蓄熱材との溶解で、負の溶解熱を発生する物性を有する物質のうち、少なくとも糖アルコール類に属する物質を含んでおり、前記潜熱蓄熱材組成物の融液は、前記潜熱蓄熱材に含む前記水和水と、前記融点調整剤に含む糖アルコールとの溶解により、前記潜熱蓄熱材と前記融点調整剤とを混合してなること、
前記入力側流路と前記出力側流路とが、前記区画部材として、1以上のパイプを巻回してなる連結管により、連通されていること、
前記連結管は、前記収容本体部に包含された態様で配設され、前記潜熱蓄熱材組成物は、前記連結管周りに密着した状態で、前記収容本体部に収容されていること、
を特徴とする蓄熱システム。 - 車両の熱源で生じた排熱の熱エネルギを、熱媒体を介して、該車両内の活用先で使用するにあたり、相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱またはその放熱を行う潜熱蓄熱材を、収容本体部に収容可能な態様で、該収容本体部に該熱媒体を流通させ、区画部材を介して、該熱媒体と該潜熱蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換手段であり、該収容本体部に該熱媒体を流す入力側流路と、該収容本体部から流出した熱交換後の該熱媒体を該活用先へ流す出力側流路と、を有する蓄熱装置を、該車両に搭載してなる蓄熱システムにおいて、
前記潜熱蓄熱材は、n(2≦n)個の水和水を含有する無機塩水和物を、少なくとも一種含む蓄熱材であり、前記蓄熱装置には、前記潜熱蓄熱材の物性を調整する添加剤を配合してなる潜熱蓄熱材組成物が用いられていること、
前記添加剤は、第1の添加剤として、前記潜熱蓄熱材の融点を調整する融点調整剤であり、前記潜熱蓄熱材との溶解で、負の溶解熱を発生する物性を有する物質のうち、少なくとも糖アルコール類に属する物質を含んでおり、前記潜熱蓄熱材組成物の融液は、前記潜熱蓄熱材に含む前記水和水と、前記融点調整剤に含む糖アルコールとの溶解により、前記潜熱蓄熱材と前記融点調整剤とを混合してなること、
前記入力側流路と前記出力側流路とが、前記収容本体部を介して、連通していること、
前記潜熱蓄熱材組成物は、前記区画部材として、密閉可能な蓄熱材収容具に充填されており、前記収容本体部には、前記熱媒体が貯められ、前記潜熱蓄熱材組成物を充填した前記蓄熱材収容具が、前記熱媒体に浸漬した状態で配設されていること、
を特徴とする蓄熱システム。 - 請求項1または請求項2に記載する蓄熱システムにおいて、
前記添加剤は、第2の添加剤として、多糖類に属する水溶性の物質で、前記潜熱蓄熱材組成物に含まれる水とカチオンとの相互作用に基づいて、液相状態にある当該潜熱蓄熱材組成物の融液の粘度を高める増粘剤であり、前記増粘剤は、ゲランガム(gellan gum)であること、
前記潜熱蓄熱材組成物全体の重量に占める前記ゲランガムの配合比率が、1wt%以下の範囲内であること、
を特徴とする蓄熱システム。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載する蓄熱システムにおいて、
前記潜熱蓄熱材の前記水和水の数は、12以上であり、前記潜熱蓄熱材組成物全体に占める前記糖アルコールに属する物質の配合比率は、前記潜熱蓄熱材1molあたり、1.59〜5.57molの範囲内であること、
を特徴とする蓄熱システム。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載する蓄熱システムにおいて、
前記熱交換手段では、少なくとも前記収容本体部は、内外で熱を遮断可能な断熱構造で構成されていること、
を特徴とする蓄熱システム。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載する蓄熱システムにおいて、
液体が前記収容本体部の中に流入するのを遮断すると共に、前記潜熱蓄熱材組成物の構成成分が前記収容本体部の外へ流出するのを遮断する一方で、気体が前記収容本体部の内外に出入りするのを許容する圧力制御弁を、備えていること、
を特徴とする蓄熱システム。 - 請求項6に記載する蓄熱システムにおいて、
前記圧力制御弁は、前記収容本体部または、
前記区画部材として、前記潜熱蓄熱材組成物を密閉状態で収容可能な蓄熱材収容具の少なくとも何れかに設けられていること、
を特徴とする蓄熱システム。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか1つに記載する蓄熱システムにおいて、
前記潜熱蓄熱材組成物は、前記収容本体部内に空隙部を設けた状態で、収容されていること、または
前記熱媒体は、前記収容本体部内に空隙部を設けた状態で、貯められていること、
を特徴とする蓄熱システム。 - 請求項1に記載する蓄熱システムにおいて、
少なくとも前記収容本体部の内面と前記連結管の外周面は、前記潜熱蓄熱材組成物の接触に伴う腐食を防ぐ耐腐食部となっていること、を特徴とする蓄熱システム。 - 請求項9に記載する蓄熱システムにおいて、
前記耐腐食部は、樹脂、ガラス、またはセラミックスのいずれかの材料により構成されていること、
を特徴とする蓄熱システム。 - 請求項1に記載する蓄熱システムにおいて、
前記潜熱蓄熱材組成物は、前記収容本体部内に空隙部を設けた状態で、収容されており、
前記潜熱蓄熱材組成物と前記空隙部との間には、前記潜熱蓄熱材組成物の構成成分の拡散を防ぐ遮断膜が、形成されていること、
を特徴とする蓄熱システム。 - 請求項6に記載する蓄熱システムにおいて、
前記圧力制御弁は、前記区画部材として、前記潜熱蓄熱材組成物を密閉状態で収容可能な蓄熱材収容具に設けられていること、
前記熱媒体は、前記収容本体部内に空隙部を設けた状態で貯められ、
前記潜熱蓄熱材組成物を充填した前記蓄熱材収容具は、前記圧力制御弁を前記空隙部に直に晒した状態で、前記熱媒体に浸漬されていること、
前記圧力制御弁を挟み、前記潜熱蓄熱材組成物と前記空隙部との間には、前記潜熱蓄熱材組成物の構成成分の拡散を防ぐ遮断膜が、形成されていること、
を特徴とする蓄熱システム。
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